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《JMST》潘杰等工作: 年輕化金屬玻璃中出人意料的蠕變行為！

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期：2023-09-04  瀏覽次數(shù)：2714
金屬玻璃作為一類新型材料，因其獨(dú)特的微觀結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能而受到全世界的關(guān)注。與晶體材料不同，晶體材料以直接控制其微觀結(jié)構(gòu)來(lái)獲得所需的性能(例如，晶粒細(xì)化和固溶體)。而金屬玻璃具有無(wú)序的原子結(jié)構(gòu)，沒有可行的方法來(lái)操縱其微觀結(jié)構(gòu)以獲得所需的性能。在高溫環(huán)境和高精度設(shè)備中使用的結(jié)構(gòu)材料的蠕變性能至關(guān)重要。由于對(duì)位錯(cuò)和晶界的金屬玻璃的蠕變行為實(shí)驗(yàn)研究有限，并且由于難以直接表征變形誘導(dǎo)的微觀結(jié)構(gòu)演變，其潛在機(jī)制亟需闡明。金屬玻璃的結(jié)構(gòu)和性能之間的復(fù)雜關(guān)系尚未被完全理解，因此微觀結(jié)構(gòu)對(duì)蠕變的影響以及潛在的微觀過程仍是本領(lǐng)域的疑難雜癥。年輕化將金屬玻璃帶入更高的能量狀態(tài)，為探索其變形行為提供了一種新的方法。

基于此，中國(guó)科學(xué)院金屬研究所的潘杰研究員團(tuán)隊(duì)通過退火和年輕化來(lái)調(diào)控金屬玻璃的能量狀態(tài)。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，年輕化金屬玻璃的蠕變位移和穩(wěn)態(tài)蠕變速率明顯低于鑄態(tài)金屬玻璃。這一意想不到的現(xiàn)象與傳統(tǒng)觀念相矛盾，即越硬的材料表現(xiàn)出更好的抗蠕變性。進(jìn)而，他們討論了這種意外蠕變行為的潛在機(jī)制。相關(guān)研究成果以“Unexpected creep behavior in a rejuvenated metallic glass”為題在Journal of Materials Science & Technology上發(fā)表。

研究人員采用納米壓痕和單軸壓縮的方法系統(tǒng)研究了Zr69.5Cu12Ni11Al7.5金屬玻璃在不同能態(tài)下的蠕變行為。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，年輕化金屬玻璃具有較低的應(yīng)變率敏感系數(shù)和較大的剪切轉(zhuǎn)變區(qū)體積，其變形能力增強(qiáng)。令人驚訝的是，在極高能量狀態(tài)下，年輕化金屬玻璃的蠕變位移和穩(wěn)態(tài)蠕變速率比鑄態(tài)金屬玻璃小，與弛豫態(tài)金屬玻璃相當(dāng)。此外，單軸壓縮蠕變?cè)囼?yàn)也驗(yàn)證了年輕化金屬玻璃的蠕變性能得到改善。年輕化金屬玻璃具有優(yōu)異的蠕變性能是由于蠕變過程中發(fā)生了應(yīng)變硬化，導(dǎo)致蠕變后試樣的硬度、楊氏模量和密度增加，弛豫焓降低。相反，鑄態(tài)和退火金屬玻璃的蠕變過程中應(yīng)變軟化占主導(dǎo)地位，伴隨著楊氏模量和密度的降低和弛豫焓的增加。以上研究結(jié)果表明年輕化可以有效地提高金屬玻璃的蠕變性能，同時(shí)避免結(jié)構(gòu)弛豫引起的脆性。研究結(jié)果為理解金屬玻璃的變形機(jī)制和年輕化行為提供了進(jìn)一步的理論指導(dǎo)。




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